DE102018127464B3

DE102018127464B3 - Auftragsschweißverfahren und Schweißvorrichtung zur Durchführung des Auftragsschweißverfahrens

Info

Publication number: DE102018127464B3
Application number: DE102018127464.5A
Authority: DE
Inventors: Lars Reichelt; Daniel Herkommer; Lutz Kramer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-11-05
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2038-11-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Auftragsschweißverfahren mit folgenden Verfahrensschritten:- Bereitstellen eines Werkstücks (100) und Festlegen des Werkstücks (100) in einer Werkstückaufnahme (22);- Projizieren eines zu schweißenden Bereichs (B) auf eine zu bearbeitende, der Werkstückaufnahme (22) abgewandte Seite (110) des Werkstücks (100); und- Auftragen von Material in dem zu schweißenden Bereich (B) mittels eines handgeführten Schweißgeräts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Auftragsschweißverfahren und eine Schweißvorrichtung für die Durchführung dieses Auftragsschweißverfahrens.
Auftragsschweißverfahren werden häufig im Werkzeugbau eingesetzt. Nach der Norm DIN 8590 wird Auftragsschweißen als ein Beschichten durch Schweißen definiert, wobei dabei ein Volumenaufbau ausschließlich durch den Schweißzusatzwerkstoff (Draht oder Pulver) erfolgt.
Auftragsschweißverfahren werden im Werkzeugbau häufig mittels handgeführter Schweißgeräte durchgeführt. Dabei kann das Werkstück beispielsweise in einem Schraubstock eingespannt werden. Anschließend wird mit dem handgeführten Schweißgerät händisch Material auf das Werkstück aufgetragen.
Aus der Druckschrift EP 2 859 981 A1 ist ein Verfahren zur Plasmabehandlung eines Werkstücks bekannt, bei welchem mittels einer Zielvorrichtung eine Soll-Trajektorie abschnittsweise auf das Werkstück projiziert wird, entlang welcher ein Handgerät durch einen Bediener zu führen ist.
Aus dem Video „Werklicht in der Schweißerei - Werklicht Pro - Die digitale Schablone im Einsatz in der Schweisserei; Extend3D“: (URL: https://www.youtube.com/watch?v=tteiieppRkU) ist ein Verbindungsschweißverfahren bekannt, bei welchem ein Werkstück bereitgestellt wird und auf einem Drehschwenktisch angeordnet wird. Ein Verlauf einer zu schweißenden Schweißnaht wird anhand eines optischen Projektionsmittels optisch auf dem Werkstück dargestellt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Auftragsschweißverfahren vorzuschlagen, welches einen einfachen und präzisen Auftrag von Material an dem Werkstück ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch ein Auftragsschweißverfahren nach Anspruch 1 und eine Schweißvorrichtung nach Anspruch 7 gelöst.
Das erfindungsgemäße Auftragsschweißverfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

- Bereitstellen eines Werkstücks und Festlegen des Werkstücks in einer Werkstückaufnahme;
- Projizieren eines zu schweißenden Bereichs auf eine zu bearbeitende, der Werkstückaufnahme abgewandte Seite des Werkstücks; und
- Auftragen von Material in dem zu schweißenden Bereich mittels eines handgeführten Schweißgeräts.

Erfindungsgemäß wird bei dem Projizieren des zu schweißenden Bereichs ein Höhenprofil des aufzutragenden Materials auf der zu bearbeitenden Seite des Werkstücks dargestellt.
Vorzugsweise wird das Höhenprofil durch unterschiedlich gefärbte Zonen entsprechend einer aufzutragenden Dicke des Materials auf der zu bearbeitenden Seite des Werkstücks dargestellt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden sämtliche zu schweißende Bereiche der zu bearbeitenden Seite des Werkstücks auf die zu bearbeitende Seite des Werkstücks projiziert.
Vorzugsweise wird vor dem Projizieren des zu schweißenden Bereichs zumindest die zu bearbeitende Seite des Werkstücks zur Erzeugung eines Werkstückprofils optisch vermessen und das Werkstückprofil mit einem Sollprofil verglichen, um den zu schweißenden Bereich und/oder das Höhenprofil zu bestimmen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird zumindest die zu bearbeitende Seite des Werkstücks zur Aktualisierung des Werkstückprofils während des Auftragens von Material fortwährend optisch vermessen und das aktualisierte Werkstückprofil fortwährend mit dem Sollprofil verglichen, um einen gegenwärtig zu schweißenden Bereich und/oder ein gegenwärtiges Höhenprofil zu bestimmen, wobei während des Auftragens von Material fortwährend der gegenwärtig zu schweißende Bereich projiziert wird und/oder das gegenwärtige Höhenprofil dargestellt wird.
Vorzugsweise erfolgt das optische Vermessen mittels einer 3D-Kamera oder mittels eines Laserscanners.
Die Erfindung betrifft ferner eine Schweißvorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Auftragsschweißverfahrens, umfassend eine Werkstückaufnahme zum Festlegen eines Werkstücks, eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren eines zu schweißenden Bereichs auf eine zu bearbeitende, der Werkstückaufnahme abgewandte Seite des Werkstücks und ein handgeführtes Schweißgerät zum Auftragen von Material in dem zu schweißenden Bereich.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Projektionsvorrichtung ein Videofarbprojektor.
Vorzugsweise umfasst die Schweißvorrichtung ferner eine 3D-Kamera oder einen Laserscanner zur optischen Vermessung zumindest der zu bearbeitenden Seite des Werkstücks.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Schweißvorrichtung ferner eine mit der 3D-Kamera oder dem Laserscanner und der Projektionsvorrichtung in Kommunikationsverbindung stehende Steuereinheit. Mittels der Steuereinheit kann vorzugsweise das Werkstückprofil erstellt werden, mit dem Sollprofil verglichen werden und/oder der zu schweißende Bereich und/oder das Höhenprofil bestimmt werden.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit ein PC, auf welchem Steuerungssoftware geladen ist.
Einzelheiten und weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Auftragsschweißverfahrens und der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung werden anhand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei veranschaulicht:

1 eine schematische Ansicht einer Schweißvorrichtung und eines zu bearbeitenden Werkstücks nach dem Ausführungsbeispiel; und
2 eine schematische Darstellung eines Höhenprofils anhand unterschiedlich gefärbter Zonen.

Die Anmeldung betrifft ein Auftragsschweißverfahren und eine Schweißvorrichtung 20 zur Durchführung des anmeldungsgemäßen Auftragsschweißverfahrens.
Wie insbesondere 1 zu erkennen gibt, umfasst die Schweißvorrichtung 20 eine Werkstückaufnahme 22 zum Festlegen eines Werkstücks 100, eine Projektionsvorrichtung 30 zum Projizieren eines zu schweißenden Bereichs B auf eine zu bearbeitende, der Werkstückaufnahme 22 abgewandte Seite 110 des Werkstücks 100 und ein handgeführtes Schweißgerät (bildlich nicht dargestellt) zum Auftragen von Material in dem zu schweißenden Bereich B.
Die Schweißvorrichtung 20 kann zur optischen Vermessung zumindest der zu bearbeitenden Seite 110 des Werkstücks 100 oder auch des gesamten Werkstücks 100 eine 3D-Kamera 40 oder einen Laserscanner umfassen.
Die Schweißvorrichtung 20 kann eine Steuereinheit 50 umfassen, die mit der 3D-Kamera 40 oder dem Laserscanner und der Projektionsvorrichtung 30 in Kommunikationsverbindung stehen kann. Die Steuereinheit 50 kann ein PC sein, auf welchem Steuerungssoftware geladen ist.
Das anmeldungsgemäße Auftragsschweißverfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

- Bereitstellen eines Werkstücks 100 und Festlegen des Werkstücks 100 in einer Werkstückaufnahme 22;
- Projizieren eines zu schweißenden Bereichs B auf eine zu bearbeitende, der Werkstückaufnahme 22 abgewandte Seite 110 des Werkstücks 100; und
- Auftragen von Material in dem zu schweißenden Bereich B mittels eines handgeführten Schweißgeräts.

Dabei erfolgt vorzugsweise das Projizieren des zu schweißenden Bereichs B mittels der Projektionsvorrichtung 30.
Bei dem Projizieren des zu schweißenden Bereichs kann ein Höhenprofil des aufzutragenden Materials auf der zu bearbeitenden Seite 110 des Werkstücks 100 dargestellt werden. Das Höhenprofil kann dabei durch unterschiedlich gefärbte Zonen Z1, Z2, Z3 entsprechend einer aufzutragenden Dicke des Materials auf der zu bearbeitenden Seite 110 des Werkstücks 100 dargestellt werden. So kann beispielsweise mittels einer ersten Farbe eine erste Zone Z1 angezeigt werden, in welcher zu wenig Material aufgetragen wurde, mittels einer zweiten Farbe eine zweite Zone Z2 angezeigt werden, in welcher ausreichend und innerhalb der Toleranz Material aufgetragen wurde, und mittels einer dritten Farbe eine dritte Zone Z3 angezeigt werden, in welcher zu viel Material aufgetragen wurde. Eine schematische Darstellung der Zonen Z1, Z2, Z3 ist in 2 wiedergegeben. Die Darstellung der Zonen Z1, Z2, Z3 kann nach dem Prinzip einer virtuellen Sandbox erfolgen.
Die Projektion auf der zu bearbeitenden Seite 110 des Werkstücks 100 kann sämtliche zu schweißende Bereiche B der zu bearbeitenden Seite 110 des Werkstücks 100 umfassen.
Vor dem Projizieren des zu schweißenden Bereichs B kann zumindest die zu bearbeitende Seite 110 des Werkstücks 100 zur Erzeugung eines Werkstückprofils optisch vermessen werden und das Werkstückprofil mit einem Sollprofil verglichen werden, um den zu schweißenden Bereich B und/oder das Höhenprofil zu bestimmen. Durch diese Ausgestaltung kann präzise bestimmt werden, in welchen Bereichen B Material aufgetragen werden soll, in welcher Dicke der Auftrag erfolgen soll und wie innerhalb des Bereichs B die Zonen Z1, Z2, Z3 dargestellt werden sollen. Das Vermessen erfolgt dabei vorzugsweise mittels der 3-D Kamera 40 oder des Laserscanners und/oder das Vergleichen des Werkstückprofils mit dem Sollprofil und/oder das Bestimmen des zu schweißenden Bereichs B und/oder des Höhenprofils erfolgt vorzugsweise mittels der Steuereinheit 50.
Zumindest die zu bearbeitende Seite 110 des Werkstücks 100 kann zur Aktualisierung des Werkstückprofils während des Auftragens von Material fortwährend optisch vermessen werden und das aktualisierte Werkstückprofil fortwährend mit dem Sollprofil verglichen werden, um einen gegenwärtig zu schweißenden Bereich B' und/oder ein gegenwärtiges Höhenprofil zu bestimmen, wobei während des Auftragens von Material fortwährend der gegenwärtig zu schweißende Bereich B' projiziert wird und/oder das gegenwärtige Höhenprofil dargestellt wird. Durch diese Ausgestaltung können einem Benutzer des Schweißgeräts in Echtzeit die Bereiche B' und/oder die Zonen Z1, Z2, Z3 angezeigt werden, in welche noch Material aufzutragen ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen präziseren Materialauftrag, wodurch eine Verschwendung von Schweißzusatzwerkstoff verringert werden kann.
Das optische Vermessen kann mittels der 3D-Kamera 40 oder mittels des Laserscanners erfolgen.
Mittels des anmeldungsgemäßen Auftragsschweißverfahrens und mittels der anmeldungsgemäßen Schweißvorrichtung 20 kann einem Schweißer der Bereich B, B' dargestellt werden, den er zu schweißen hat. Dabei kann anhand mehrerer farblich unterschiedlich ausgestalteten Zonen Z1, Z2, Z3 ein Höhenprofil des aufzutragenden Materials dargestellt werden. Gleichzeitig erkennt der Schweißer durch die Anzeige des Bereichs B, B' die Position am Werkstück 100, die Breite, die Länge und die Höhe des aufzutragenden Materials.

Claims

Auftragsschweißverfahren, umfassend folgende Verfahrensschritte: - Bereitstellen eines Werkstücks (100) und Festlegen des Werkstücks (100) in einer Werkstückaufnahme (22); - Projizieren eines zu schweißenden Bereichs (B) auf eine zu bearbeitende, der Werkstückaufnahme (22) abgewandte Seite (110) des Werkstücks (100); und - Auftragen von Material in dem zu schweißenden Bereich (B) mittels eines handgeführten Schweißgeräts, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Projizieren des zu schweißenden Bereichs ein Höhenprofil des aufzutragenden Materials auf der zu bearbeitenden Seite (110) des Werkstücks (100) dargestellt wird.
Auftragsschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Höhenprofil durch unterschiedlich gefärbte Zonen (Z1, Z2, Z3) entsprechend einer aufzutragenden Dicke des Materials auf der zu bearbeitenden Seite (110) des Werkstücks (100) dargestellt wird.
Auftragsschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche zu schweißende Bereiche (B) der zu bearbeitenden Seite (110) des Werkstücks (100) auf die zu bearbeitende Seite (110) des Werkstücks (100) projiziert werden.
Auftragsschweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Projizieren des zu schweißenden Bereichs (B) zumindest die zu bearbeitende Seite (110) des Werkstücks (100) zur Erzeugung eines Werkstückprofils optisch vermessen wird und das Werkstückprofil mit einem Sollprofil verglichen wird, um den zu schweißenden Bereich (B) und/oder das Höhenprofil zu bestimmen.
Auftragsschweißverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zu bearbeitende Seite (110) des Werkstücks (100) zur Aktualisierung des Werkstückprofils während des Auftragens von Material fortwährend optisch vermessen wird und das aktualisierte Werkstückprofil fortwährend mit dem Sollprofil verglichen wird, um einen gegenwärtig zu schweißenden Bereich (B') und/oder ein gegenwärtiges Höhenprofil zu bestimmen, wobei während des Auftragens von Material fortwährend der gegenwärtig zu schweißende Bereich (B') projiziert wird und/oder das gegenwärtige Höhenprofil dargestellt wird.
Auftragsschweißverfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Vermessen mittels einer 3D-Kamera (40) oder mittels eines Laserscanners erfolgt.
Schweißvorrichtung für die Durchführung eines Auftragsschweißverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend eine Werkstückaufnahme (22) zum Festlegen eines Werkstücks (100), eine Projektionsvorrichtung (30) zum Projizieren eines zu schweißenden Bereichs (B) auf eine zu bearbeitende, der Werkstückaufnahme (22) abgewandte Seite (110) des Werkstücks (100) und ein handgeführtes Schweißgerät zum Auftragen von Material in dem zu schweißenden Bereich (B).
Schweißvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine 3D-Kamera (40) oder einen Laserscanner zur optischen Vermessung zumindest der zu bearbeitenden Seite (110) des Werkstücks (100).
Schweißvorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine mit der 3D-Kamera (40) oder dem Laserscanner und der Projektionsvorrichtung (30) in Kommunikationsverbindung stehende Steuereinheit (50).